بخشی از مقاله
چکیده
آپاتیت مجموعا حاوی حدود 1 درصد عناصر نادر خاکی یا لانتانید است. در این مقاله انحلال نئودمیوم موجود در کنسانتره ی آپاتیت توسط فرایند لیچینگ با اسید نیتریک مطالعه شده است. در این فرایند، کنسانتره ی آپاتیت توسط اسید نیتریک در دمای محیط، در غلظتها و زمانهای مختلف، با مقادیر متفاوتی از نسبتهای جامد به مایع، تحت عملیات قرار گرفته و فسفریک اسید در غلظتهای متفاوت تولید میشود و بخش عمدهی نئودمیوم موجود در خاکه را در خود حل میکند. در طول مدت تمام این آزمایشات، محلول توسط همزن مغناطیسی با سرعت 300 دور بر دقیقه به هم زده میشد. این فرایند با اسید نیتریک با غلظتهای 30، 45 و 60 درصد، در زمانهای 10، 20 و 30 دقیقه و همچنین با نسبت جامد به مایع 10، 20و 30 درصد انجام شد. حالت بهینه برای دستیابی به بالاترین بازیابی نئودمیوم، اسید با غلظت 30%، نسبت جامد به مایع 10%وزمان 10 دقیقه پیشنهاد شد که در این حالت بازیابی نئودمیوم به 71/56% رسید.
کلمات کلیدی: آپاتیت، نئودمیوم، لیچینگ، عناصر نادر خاکی
مقدمه
عناصر نادر خاکی که از آن ها تحت عنوان لانتانیدها نیز یاد می گردد، از 14 عنصر با اعداد اتمی از 58 - سریم - تا 71 - لوتتیوم - تشکیل شده است که در ردیف 6 جدول تناوبی پس از لانتانیوم قرار گرفته اند و ویژگی های آن ها مشابه لانتانیوم است. علاوه بر این، اسکاندیم و ایتریم که به گروه 3 تعلق دارند و دارای خواص شیمیایی مشابه لانتانیوم بوده و تقریبا همیشه - به خصوص ایتریم - همراه با لانتانیدها در مینرال ها وجود دارند، نیز به عنوان لانتانید بررسی می شوند.[1] تقاضا برای لانتانیدها و ترکیبات آن ها بسیار است، و برای محدوده وسیع و در حال رشدی از کاربردها، که وابسته به خواص شیمیایی، کاتالیستی، الکتریکی، مغناطیسی و نوری آنهاست، اغلب ضروری هستند. لانتانیدها به طور وسیعی برای بخش های تجاری شامل متالورژی، نفت، نساجی و کشاورزی استفاده میشوند.
برای بسیاری از صنایع با تکنولوژی پیشرفته، مانند خودروهای هیبریدی، توربینهای بادی، و چراغ های فلورسنت فشرده، تلویزیون های صفحه تخت، تلفن همراه و صنایع دفاعی، ضروری و بحرانی هستند. منابع اصلی حاوی لانتانیدها در جهان شامل مونازیت ها و باستناسیت ها هستند. آپاتیت، چرالیت، یودالیت، لاپاریت، فسفریت، رس های حاوی عناصر خاکی نادر، مونازیت ثانویه، محلول های اورانیوم ضعیف شده و زینوتایم از دیگر منابع این عناصر می باشند.[2]کانهی آپاتیت یک فلوروفسفات کلسیم است. آپاتیت یک مینرال نادر خاکی نبوده اما یک مینرال تغلیظ کنندهی نادر خاکی است.
به علت تشابه اندازه یونهای نادر خاکی و یون کلسیم، یونهای نادر خاکی جایگزین یونهای کلسیم در شبکهی آپاتیت می شوند.[3] فرمول عمومی آپاتیت به صورت Ca10 - PO4 - 6X2 می باشد که X یون فلوئور، کلر و یا یک گروه هیدروکسیل است.[4] آپاتیت به طور متوسط محتوی 0/1% تا 0/8% اکسیدهای نادر خاکی است و منبع اصلی برای کودهای فسفاته و اسید فسفریک است.[5] آپاتیت می تواند یک منبع جانشین برای عناصر نادر خاکی باشد. بر خلاف بیشتر مینرالهای نادر خاکی که به مقدار کم یافت می شوند، آپاتیت مانند باستناسیت و مونازیت در مقادیر زیاد یافت می شود.[3]اسیدهای سولفوریک، نیتریک و کلریدریک برای انحلال لانتانیدهای موجود در آپاتیت به کار برده شدهاند.
پریرا و بیلال[5] انحلال آپاتیت توسط اسید کلریدریک را به منظور استخراج عناصر نادر خاکی بررسی کردهاند، مطالعات آنها نشان داد که بازدهی لیچینگ در شرایطی که اسید با غلظت 20%، نسبت جامد به مایع 40%، سرعت همزنی300 rpm، و زمان 2 ساعت در دمای محیط باشد، حدود 80% خواهد بود. جرجانی و همکارانش[6]،[7] اثر زمان، دانسیته پالپ، غلظت اسید و سرعت همزنی را در دمای 60°C بر انحلال نادرهای خاکی از آپاتیت توسط اسید نیتریک بررسی کردهاند و با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی مدلی برای پیش بینی بازیابی نادرهای خاکی ارائه کردهاند. گوم گوم[8] لیچینگ کنسانتره آپاتیت را به منظور استحصال ایتریم توسط اسید سولفوریک بررسی کرده است و اثر غلظت اسید، زمان انحلال و نسبت جامد به مایع را بر بازدهی لیچینگبررسی کرده است.
علی و همکارانش[9] سینتیک انحلال آپاتیت توسط اسید هیدروکلریک رقیق را بررسی کردهاند و اثر غلظت اسید، نسبت جامد به مایع، اندازهی ذرات، و دما مطالعه شده است و مشخص شده است که بازدهی لیچینگ با افزایش غلظت اسید، نسبت مایع به جامد و دما و کاهش اندازه دانه، افزایش می یابد. کندیل و همکارانش[10] لیچینگ دینامیک لانتانیدها از آپاتیت توسط اسیدهای سولفوریک، نیتریک و هیدروکلریک را مطالعه و اثر غلظت اسید، سرعت جریان اسید و حضور افزودنیهایی مانند اسید بوریک را بر فرایند لیچینگ بررسی کردهاند.استفاده از سولفوریک اسید منجر به تولید جیپسیوم می شود که اغلب رادیواکتیو است و مشکلات زیست محیطی دارد. اگرچه انجام فرایند لیچینگ توسط اسید نیتریک در مقایسه با اسید سولفوریک، مقداری گران تر است، ولی در عوض مشکلات مربوط به جیپسیوم، با استفاده از نیتریک اسید حل میشود.[7]
مواد و روش تحقیق
مادهی اولیه مورد استفاده در این پژوهش، کنسانتره آپاتیت بوده که محصول کارخانهی فراوری معدن چادرملو میباشد. کنسانتره آپاتیت مورد استفاده در این پژوهش دارای دانه بندی - d80 - کوچکتر از 50 میکرون است. به منظور تعیین مینرالهای موجود، نمونهی آپاتیت توسط تفرق اشعه ایکس - XRD - آنالیز شده است. به منظور تعیین میزان لانتانیدهای موجود، نمونهی آپاتیت توسط ICP-MS آنالیز شده و میزان لانتانیدها در محلولهای حاصل از لیچینگ توسط ICP-AES تعیین شده است. اسید نیتریک مورد استفاده برای انحلال آپاتیت، اسید نیتریک 65% محصول شرکت مرک آلمان است که توسط آب مقطر تا غلظتهای مورد نظر رقیق شده است.حلسازی در اسید با غلظتهای 30، 45 و 60 درصد، در زمانهای 10، 20 و 30 دقیقه و در نسبتهای جامد به مایع 10، 20 و 30 درصد صورت گرفت. عملیات لیچینگ در دمای محیط انجام میشد و در تمام آزمایشات، محلول توسط همزن مغناطیسی با سرعت 300 دور بر دقیقه به هم زده میشد و کندانسور در بالای محفظهی واکنش قرار گرفته بود تا از تبخیر شدن محلول جلوگیری شود.
